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关键词： 卧式双轴混合机   混合均匀度   磨损   低比例配方  

摘要： 粉体物料的混合是许多工业生产中的一个重要环节,很多工业品在制作完成之前,都需要不同粉体物料的配比和混合,粉体物料之间混合的好坏直接关系到最终产品的质量。双轴桨叶式混合机具有混合速度快、混合均匀度高、残留量小、适用范围广等优点,属于新型高效的混合设备,在饲料、医药和环境改造等粉体物料混合领域有着广泛的应用。粉体颗粒在混合设备中的运动轨迹、时空分布十分复杂,通过试验方法来预测和评价混合过程具有一定局限性,离散元法通过分析颗粒间的相互作用,对颗粒运动混合体系进行模拟仿真,能够更加直观的反映混合过程中颗粒体系的运动特性和规律。 本文基于离散元法,针对小颗粒低比例配方颗粒混合的技术问题,研究卧式双轴混合机的混合特性和机体磨损相关特性,为卧式双轴混合机在低比例配方混合过程的参数选取、机体磨损预测及优化设计提供理论基础。本文的主要研究内容:针对设备参数、工艺参数、颗粒物性参数等关键影响因素,设计单因素实验组,对卧式双轴混合机低比例配方粉体物料混合过程进行数值模拟,对混合机内粉体物料的速度场﹑混合均匀度和颗粒之间的混合特性进行研究和分析。基于Archard磨损理论,针对EDEM自动划分网格较稀疏的问题重新划分网格,对卧式双轴混合机的接触能量、磨损量等磨损特性进行研究和分析。得到的结论有: (1)转速与粉体物料达到稳态的离散系数呈负相关性,提高转速可以提高粉体物料的混合均匀度,并且减小混合的时间;低含量组分物料的体积分数与粉体物料达到稳态的离散系数呈负相关性,添加的比例越低,粉料越难混合均匀,适当提高粉体物料的配方比例有利提高粉体物料的混合均匀度;适当增加填充率增加能够使搅拌叶片能够搅动更多的粉体颗粒,从而使混合机筒体内搅拌过程更多的呈现出有利于物料混合的运动状态;粉体颗粒间不同的粒度会影响到粉体物料最终的混合均匀性,对于低比例配方粉体物料而言,密度的影响较小,粒度对混合均匀性的影响会大于密度对混合均匀性的影响;优化混合机叶片的偏转角可以降低达到最终混合均匀度所需要的机体长度和机内停留时间,缩短粉料达到混合稳态的时间,但对离散系数最终稳态值的下降作用不明显。 (2)转速与机体磨损速率呈正相关性,转速的增加会提高粉体颗粒的动能与势能,使机体受到的冲击磨损更为严重;粉体物料填充率与机体磨损速率呈正相关性,磨损机理是颗粒在叶片和机箱间隙间的磨粒磨损以及颗粒对叶片的冲击磨损。物料堆积量越大,磨损速率越大,并且相对于叶片,机箱的磨损量受填充率的影响更大;粉体物料粒度与机体磨损速率呈正相关性,颗粒质量越大,在搅拌叶片线速度速度一定的情况下,粉体颗粒被赋予的动能就越大,因此粉体颗粒和机体间的冲击,剪切,挤压作用更加剧烈,使得机体磨损更为严重;磨损常数对机体的磨损影响呈正相关性,但对搅拌叶片和机箱的受力基本没有影响。

关键词： 气动人工肌肉   髁突   3D打印   超高分子量聚乙烯   高密度聚乙烯  

摘要： 髁突作为下颌骨的关键组成部分,位于下颌骨末端并与颞骨形成颞下颌关节,是实现咀嚼、说话等基本口腔功能的重要结构。为了准确评价人工髁突在植入手术中的耐磨性能,本文围绕下颌运动与髁突磨损进行了深入研究。通过开发一套口腔下颌骨磨损模拟装置,采用气动人工肌肉作为驱动器,本研究完成了装置的运动测试、咬合力测试和髁突受力测试,并实施了磨损模拟测试,旨在为人工髁突临床应用提供理论和技术支持。本研究的主要成果和结论概述如下: (1)设计并制备了一款满足颞下颌关节运动模拟需求的气动人工肌肉,通过多种参数组合实验研究确定了最佳制备参数。通过构建性能测试平台,对气动人工肌肉的输出力、响应速度和稳定性进行了测试。测试结果表明气动人工肌肉的输出力与其伸展长度及充气气压之间存在正比关系,其响应曲线保持线性增长,能够有效地通过其收缩动作驱动一定的负载,为后续口腔下颌运动模拟装置的研制提供了重要的驱动力学基础。 (2)根据需求设计了口腔下颌骨磨损模拟装置的整体方案,通过驱动方案和机械布局的优化,成功完成了装置的搭建。根据下颌实际肌肉动作原理,对搭建好的口腔下颌骨磨损模拟装置进行了开口闭口、前伸后缩和侧方运动的测试,并记录分析了不同动作对应的髁突运动轨迹。对装置进行了咬合力测试和咬合动作过程中髁突受力的测试,得到了咬合力和髁突受力的循环曲线。 (3)采用熔体微分3D打印技术,探究了UHMWPE/HDPE复合材料的打印工艺,成功制备了复合材料髁突。通过磨损模拟装置的动作循环测试,结合磨损前后的失重分析和形貌分析可以发现:UHMWPE/HDPE复合材料不仅在表面呈现出良好的耐磨损特性,而且在微观层面上展现了材料的高度结构完整性和韧性。这些特性使其成为3D打印髁突时理想的耐磨材料选择。

关键词： 管线钢   磨损   耐磨性   性能  

摘要： 调整X70管线钢化学成分，适量增加Cr、Ni、Mo3种元素的含量，通过力学性能测试、橡胶轮磨损试验、金相组织分析以及SEM观察磨损面形貌等手段，分析添加化学元素对于磨损性能的影响以及造成这种影响的原理。得出结论：化学成分对X70管线钢的耐磨性能有很大影响，加入Cr、Mo、Ni等元素提高了钢材的硬度，可以有效提高管线钢的耐磨性能。管线钢组织类型对钢的耐磨性能有很大的影响，贝氏体的耐磨性能比铁素体更高，组织分散均匀有助于管线钢耐磨性能的提高。管线钢硬度高，橡胶轮磨损的磨损面划痕平直且长，硬度低磨损面出现凹坑，磨损短而深。

关键词： 自润滑关节轴承   衬垫材料   紫外辐照   摩擦磨损  

摘要： 自润滑关节轴承因其具有抗冲击、高承载力、抗腐蚀、自润滑等特性,广泛应用于航空航天领域。诸多研究表明,航空航天器在服役过程中面临复杂的气候条件,使自润滑关节轴承的摩擦学性能和服役状态面临着挑战,其中太阳紫外辐照是航空航天器服役中的特殊环境影响因素。而能够体现关节轴承摩擦学性能的主体部分之一则是其自润滑衬垫材料-PTFE/Kevlar纤维编织复合材料。 本文对紫外辐照后的PTFE/Kevlar自润滑衬垫材料进行了摩擦磨损试验,利用多种的磨痕表征方法,分析了不同辐照时间后、不同辐照强度后衬垫材料的摩擦损伤行为和磨损机理,研究结果表明: （1）紫外辐照时长对PTFE/Kevlar织物衬垫的表面损伤行为和磨损数据有显著的影响。磨损后期,未辐照衬垫已形成良好的转移膜摩擦因数降低,短时辐照衬垫形成融合不畅的“硬质”转移膜摩擦因数升高,而长时辐照转移膜形成受阻面积减小摩擦因数较为平稳。PTFE/Kevlar织物衬垫磨损程度先下降后上升,其中短时辐照衬垫的磨损最轻微,磨擦损失体积和磨痕最大深度仅为未辐照和长时辐照的2/3。 （2）紫外辐照时长试验后材料的磨损机制发生了略微差异。辐照时长的增加会导致PTFE/Kevlar织物衬垫材料的磨损机理由疲劳磨损和粘着磨损转变为磨粒磨损为主。紫外辐照时长对自润滑关节轴承衬垫磨损性能的影响主要是PTFE纤维塑性变形和转移膜形成能力的下降。与未辐照衬垫相比,短时辐照纤维断裂少,形成融合不充分的硬质“转移膜”,防止下层PTFE纤维受摩擦影响。长时辐照表层脆化PTFE纤维磨损后,下层PTFE纤维受枯枝状塑性变形阻碍只能形成小面积转移膜。紫外辐照后,PTFE纤维-CF2-基团吸收率下降,分子量变小,且结晶度降低,经历延展性变差到产生表面脆化层的过程。 （3）紫外辐照强度变化为0～1 W/m变化时,是在辐照量较小的范围内探索紫外辐照对衬垫磨损性能影响。衬垫材料与GCr15轴承钢球之间的磨损行为变化表现为PTFE纤维塑性变形和局部转移膜形成能力的下降。衬垫材料的磨损机理与辐照强度的变化无关,仍以疲劳磨损和粘着磨损为主。在低辐照变化范围内,衬垫的磨损呈现出曲折下降。

关键词： POM齿轮   摩擦磨损   双滚子   P-V值  

摘要： 塑料齿轮因其重量轻、噪音小、成本低和自润滑特性,在微型传动领域（如智能手机、汽车和智能家居等）得到广泛应用。然而,塑料齿轮在服役过程中,其力学性能受到温度变化的影响,运行温度升高会直接导致材料弹性模量降低,这使得原本针对金属齿轮的失效规律和评估标准难以完全适用于塑料齿轮的失效预测。此外,塑料齿轮在动力传输和运动传输过程中,也会受到齿形精度不足、齿轮副安装间隙、齿面磨损等,这些都对齿轮传动领域的研究,特别是对其失效形式和规律的研究带来了很大的干扰。鉴于上述的问题,本研究提出了一种新的研究方法,即通过双滚子试验模拟齿轮啮合时的线接触状态,形成一种新的塑料齿轮材料接触磨损测试方法,开展考虑不同接触载荷、滑动速度下塑料齿轮材料磨损失效规律、机理的研究。 本文具体开展内容如下: （1）推导设计了POM双滚子摩擦副试验工况计算方法。基于齿轮箱内某齿轮副传动工况为试验计算基础,通过赫兹接触应力与塑料齿轮强度设计公式推导摩擦副接触载荷大小,齿轮副滑移率计算公式确定POM摩擦副滑差率大小,推导了双滚子摩擦副试验工况计算方法。 （2）搭建基于热力耦合的POM摩擦副接触挤压应力模型,分析接触载荷、运行温度对POM摩擦副接触应力的影响。基于POM齿轮热弹塑性本构方程搭建了POM摩擦副接触模型,分析了接触载荷与轮廓形状对POM摩擦副接触应力影响以及摩擦副表面接触应力分布特征,考虑温度-弹性模量效应,构建了POM摩擦副热力耦合接触强度应力模型,分析了运行温度对接触应力大小的影响。 （3）开展了塑料齿轮磨损试验研究。基于CQHH–RCF–A型线性滚动接触疲劳试验机开展干接触下POM摩擦副磨损试验,通过线结构激光传感器记录了POM摩擦副磨损高度变化以及表面磨损形貌演变过程,绘制了POM摩擦副表面高度变化曲线,通过显微镜和扫描电镜表征了POM摩擦副磨损形式。 （4）开展了工况条件对POM材料磨损程度影响研究。以滑动速度、接触载荷为研究变量,设计多组单因素变量与正交试验,通过磨损量研究了接触载荷、相对滑动速度对POM材料磨损程度的影响规律。 主要得出以下结论: （1）滑动速度对POM材料磨损程度的影响是大于接触载荷对其磨损程度的影响。在试验工况F·V=45.62 N·m/s下时,主试件转速为550 r/min,循环次数为5×10～4,当接触载荷为160 N,滑差率为12%时,其磨损量为0.019 g;而在接触载荷为80N,滑差率为24%,其磨损量为0.105 g,磨损量增加了约4.5倍,磨损程度加剧。 （2）在低滑动速度时,POM材料磨损随着滑动速度的增大而缓慢增加,而在高滑动速度下,POM材料的磨损对滑动速率敏感,磨损程度随着滑动速度的增大而快速加剧,接触载荷对POM材料磨损程度的影响与滑动速度对该材料的影响程度有相似的规律。在接触载荷为220N时,滑差率为8%和12%时,试样单位长度磨损量分别为1.6×10g/m、3.5×10 g/m;而在滑差率为16%时,摩擦副单位长度磨损量为15.0×10g/m,随着滑差率的持续增大,在滑差率为24%时,摩擦副运行寿命还未达到50000次就已经因为磨损过度而失效。 （3）POM材料磨损程度随着运行温度的增加而加剧。在相同工况条件下,通过调节冷风枪位置控制POM摩擦副磨损时表面温度,试验发现,在1×10～5循环次数下,最大运行温度在56-57℃,其磨损量为0.318 g,最大运行温度在70-71℃,其磨损量0.483 g,磨损量增加了约51.9%。

关键词： 高速铁路   弓网系统   界面氧化   摩擦磨损   表面形貌   试验  

摘要： 高速列车通过弓网系统获取能量，弓网系统安全、稳定地运行对列车正常行驶具有重要意义。接触线长期暴露在空气中存在不同程度的氧化，界面氧化对弓网接触副摩擦磨损性能的影响以及不同界面氧化程度下滑板材料的损伤特性尚不明确。基于往复式弓网载流摩擦磨损试验台，通过在接触界面加入氧化铜粉末，定量研究界面氧化对弓网接触副摩擦磨损性能的影响。通过对比不载流与载流条件下的试验，分析界面氧化时机械磨损与电气磨损的竞争机制。研究结果表明：不载流时，界面氧化能有效减小滑板磨损率和摩擦系数；载流时，摩擦系数及滑板磨损率随氧化膜厚度增加呈先降低后增加的趋势，适当厚度的氧化膜能够降低接触副材料的机械磨损，改善弓网接触副的接触状态，氧化膜厚度继续增加会使电气磨损占主导地位，加剧接触副材料损失。观察滑板磨损形貌发现：无电流时，氧化膜的加入能够明显降低滑板与接触线间的黏着；载流条件下，当氧化膜厚度为4.6μm时，滑板表面较为平整光滑并存在大片铜转移层，随着氧化膜厚度继续增加，滑板表面烧蚀痕迹加剧。研究结果对认识弓网接触副损伤机理，提升弓网系统接触性能具有指导意义。